成人退变性脊柱侧凸顶椎周围结构对上位固定节段骨折的影响研究

张彤童 孙祥耀 孙文志 胡海量 孔超 鲁世保

成人退变性脊柱侧凸 ( adult degenerative scoliosis，ADS ) 最常见于腰椎，并且常见于老年患者。ADS 主要表现为腰椎的节段性弯曲，偶尔伴有胸部代偿性弯曲，脊柱旋转一般局限于脊柱畸形的顶端。Sun 等指出，不同顶椎周围椎间隙水平的腰椎多裂肌萎缩 ( lumbar multifidus muscle，LMA )和关节突关节炎 ( facet joint osteoarthritis，FJOA ) 与ADS 严重程度的相关性。此类相关性被概括为“顶椎周围结构的平行四边形效应”：不对称的 LMA 可以通过不对称效应加重冠状面畸形，从而影响冠状面内重力的传导；位于顶椎上下椎间盘层面对角线位置的 LMA 的相对严重程度，可以通过对角线效应影响应力平衡，从而影响重力在矢状面传导。上述研究对于理解 ADS 的病程具有一定的帮助。然而，其研究并未讨论“平行四边形效应”对于 ADS 患者接受手术治疗后临床疗效的影响。

近端交界性后凸形成 ( proximal junctional kyphosis，PJK ) 为 ADS 常见的并发症之一。据报道，66% 的 ASD 患者术后 3 个月内发生 PJK，80%的患者术后 18 个月内发生 PJK。PJK 和近端交界性失败 ( proximal junctional failure，PJF ) 为术后早期并发症。Cho 等对此类研究进行了 Meta 分析总结，并指出尽管 PJK 发生率为 6.0%～61.7%，但是很多患者并没有出现相关症状。PJF 的发生率约为4%～15%，并且很多患者会出现临床症状。除此之外，PJF 可能会导致伴有上位固定节段 ( upper instrumented vertebra，UIV ) 骨折的严重神经功能缺陷。因此，防止此类椎体骨折的出现尤为重要。回顾性分析 2016 年 1 月至 2018 年 1 月，我院治疗的164 例 ADS 患者的临床资料，通过对“顶椎周围结构的平行四边形效应”的研究验证其在预测 UIV 骨折风险方面的有效性。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 直立位脊柱全长正侧位 X 线片中冠状面 Cobb’s 角 ≥ 20°；( 2 ) 矢状面垂直轴( sagittal vertical axis，SVA ) ≥ 50 mm；( 3 ) 骨盆倾斜 ( pelvic tilt，PT ) ≥ 25°；( 4 ) 胸椎后凸角 ( thoracic kyphosis，TK ) ≥ 60°；( 5 ) 年龄 ≥ 18 岁；( 6 ) 随访时间 ≥ 2 年；( 7 ) 融合椎体数量 ≥ 4；( 8 ) 顶椎位于胸腰椎节段 ( T～L)；( 9 ) 磁共振检查 ( magnetic resonance image，MRI ) 层面包括胸腰椎和腰骶椎层面；( 10 ) Lenke-Silv 分型 Ⅴ 级和 Ⅵ 级。

2. 排除标准：( 1 ) 在 UIV 一侧或两侧使用除椎弓根钉棒系统以外的其它内固定系统 ( 如椎板钩、横连接等 )；( 2 ) 存在其它类型脊柱侧凸畸形；( 3 )感染；( 4 ) X 线片不清；( 5 ) 先天性血管畸形；( 6 )既往脊柱手术史；( 7 ) 既往心血管系统手术史。

二、一般资料

本组共纳入 164 例，其中男 54 例，女 110 例；年龄 55～72 岁，平均 ( 64.0±4.6 ) 岁。左侧脊柱侧凸 92 例，右侧脊柱侧凸 72 例。顶椎位于 T节段 20例，L节段 16 例，L节段 46 例，L节段 54 例，L节段 28 例。顶椎大多位于 L节段 ( 32.9% )。上位固定节段位于 T节段 6 例，T节段 20 例，T节段34 例，T节段 30 例，L节段 30 例，L节段44 例。上位固定椎多位于 L节段 ( 26.8% )。骨密度T 至平均 -1.0±0.9。合并症中贫血 16 例，糖尿病50 例，心脏病 50 例，高血压 38 例，其中最常见合并症为糖尿病 ( 30.5% )。

三、影像学指标

通过对 ADS 患者的站立位脊柱全长正侧位 X 线片进行测量，从而获取 ADS 患者的相关影像学数据：冠状面侧凸角 ( coronal Cobb angle，CA )，即脊柱侧凸累及脊柱节段远端椎体下终板与近端椎体上终板之间的夹角；SVA，即脊柱全长侧位 X 线片中C铅垂线到 S后上角之间的垂直距离；TK，即 T椎体下终板与 T椎体上终板之间的 Cobb’s 角；胸腰段后凸角 ( thoracolumbar kyphosis，TLK )，即 T椎体上终板与 L椎体下终板之间的 Cobb’s 角；冠状位垂直轴 ( coronal vertical axis，CVA )，即在冠状面上从 S椎体上终板中心垂线到 C铅垂线的垂直距离；骶骨倾斜角 ( sacral slope，SS )，即骶骨上终板与水平线之间的夹角；腰椎前凸角 ( lumbar lordosis，LL )，即 L上终板与 S上终板之间的 Cobb’s 角；骨盆投射角 ( pelvic incidence，PI )，即 S上终板中心的垂直线与 S上终板中点与股骨头中心连线之间的夹角；PT，即 S上终板中心的重垂线与 S上终板中点和股骨头中心连线之间的夹角 ( 图 1 )。采用双能X 线骨密度仪测量股骨近端的总骨密度，并以 T 评分表示。站立位脊柱全长正侧位 X 线片测量指标的获取时间为术前、术后 1 周以及末次随访。

图1 患者，男，62 岁，ADS，脊柱全长正侧位 X 线片 a：术前侧位 X 线片，SVA 30.92 mm、TK 44°、TLK 24°、LL 53°、SS 46°、PI 51°、PT 5°；b：术前正位 X 线片，CA 19°、CVA 5.35 mm；c：术后侧位 X 线片，SVA 36.25 mm、TK 37°、TLK 24°、LL 57°、SS 47°、PI 48°、PT 1°；d：术后正位 X 线片，CA 9°、CVA 19.65 mm；e：末次随访侧位 X 线片，SVA 77.85 mm、TK 28°、TLK 30°、LL 38°、SS 38°、PI 44°、PT 6°。f：末次随访正位 X 线片，CA 10°、CVA 20.23 mm；患者出现 UIV 骨折Fig.1 Full-length anteroposterior and lateral radiographs of the spine in a 62-year-old man with ADS a: Preoperative lateral radiographs, SVA 30.92 mm, TK 44°, TLK 24°, LL 53°, SS 46°, PI 51°, PT 5°; b: Preoperative anteroposterior radiograph, CA 19°, CVA 5.35 mm; c: Postoperative lateral radiograph; postoperative SVA 36.25 mm, TK 37°, TLK 24°, LL 57°, SS 47°, PI 48°, PT 1°; d: Postoperatively positive radiograph; the patient’s postoperative CA was 9° and CVA 19.65 mm; e: Lateral radiographs at the last follow-up; the patient’s postoperative SVA 77.85 mm, TK 28°, TLK 30°, LL 38°, SS 38°, PI 44°, PT 6°; f: Anteroposterior radiographs at the last follow-up; the patient’s postoperative CA was 10° and CVA was 20.23 mm; the patient presented with upper instrumented vertebra ( UIV ) fracture

采用 1.5 T MRI 系统对患者进行检查。分别在顶椎上椎间盘平面与顶椎下椎间盘平面各获取 3 个T加权 MRI 图像。扫描层厚为 4 mm，每层之间间隔 0.1 mm。通过顶椎上椎间盘平面与顶椎下椎间盘平面分别获取的 T加权 MRI 图像的中间层面图像对脊柱侧凸凹侧与凸侧腰椎多裂肌 ( lumbar multifidus muscle，LMF ) 进行评估。采用 Goutallier 分级系统对 LMF 的脂肪化肌萎缩的严重程度进行评估( 图 2 )。FJOA 的 4 个级别采用 Pathria 分级系统进行评估( 图 3 )。将 UIV 骨折定义为在 Genant 分类中2 级以上的形状改变。并且按照有无 UIV 骨折，将患者分为 UIV 骨折组 ( fracture，F 组 ) 和无 UIV 骨折组 ( no fracture，NF 组 ) 进行比较。

图2 轴位 T2W1 MRI Goutallier 分级 a：0 级，肌肉组织正常；b：1 级，出现脂肪条纹；c：2 级，脂肪比例少于肌肉；d：3 级，肌肉和脂肪组织比例大体相等；e：4 级，肌肉组织比例比脂肪组织少图 3 轴位 T2W1 MRI Pathria 分级 a：Ⅰ 级，关节突关节间隙 2 mm 以上，未见骨赘或可能存在小骨赘；b：Ⅱ 级，关节突关节间隙为1～2 mm，且 / 或可见明显的小骨赘形成；c：Ⅲ 级，关节突关节间隙 ＜ 1 mm，且 / 或可见明显的中度骨赘形成；d：Ⅳ 级，关节突关节间隙不可见 ( 骨性关节面之间紧密接触 )，可发现较大骨赘Fig.2 Axial T2W1 MRI Goutallier grade a: 0, normal muscle tissue; b: Level 1, fatty streaks; c: Grade 2, less fat than muscle; d: Grade 3, roughly equal proportions of muscle and adipose tissue; e: Grade 4, less muscle tissue than adipose tissueFig.3 Axial T2W1 MRI Pathria grade a: grade Ⅰ, facet joint space more than 2 mm, no osteophytes or possible small osteophytes; b: Grade Ⅱ,facet joint space of 1mm to 2mm, and / or visible small osteophyte formation; c: Grade Ⅲ, facet joint space less than 1mm, and / or significant moderate osteophyte formation; d: Grade Ⅳ, facet joint space was not visible ( close contact between the osseous facets ) and large osteophytes may be found

四、临床评估

统计资料包括患者的年龄、性别、随访时间、体质量指数 ( body mass index，BMI )、吸烟史以及合并症等情况。采用 Oswestry 功能障碍指数 ( oswestry disability index，ODI )，日本骨科协会 ( Japanese Orthopaedic Association，JOA ) 评分，疼痛视觉模拟评分 ( visual analogue scale，VAS )，腰椎僵硬残疾指数 ( lumbar stiffness disability index，LSDI ) 评估患者的临床症状。

五、统计学处理

结 果

一、影像学及临床指标

随访时间为 ( 38.0±8.6 ) 个月本组末次随访的CA、TK、TLK、LL、PT、SS、PI-LL、CVA、SVA、ODI 评分、JOA 评分、VAS 评分均较术前有明显改善，差异有统计学意义 (＜ 0.001 )。而末次随访 PI与术前相比差异无统计学意义 (= 0.865 )。末次随访疗效与术后 1 周相比有所下降，然而较术前仍然有所改善。随访过程中 LSDI 无明显变化，表明患者术后腰椎僵硬情况较为稳定 ( 表 1 )。

表1 患者术前、术后 1 周与末次随访情况比较 (±s )Tab.1 Comparison of the data preoperatively and at the last follow-up ( x- ± s )

二、UIV 骨折分组的组间比较结果

根据 UIV 骨折分组，F 组 38 例，NF 组 126例。UIV 骨折的发生率为 23.2%。两组之间在性别、顶椎节段、上位固定椎节段、T 评分、BMI、PJK、吸烟方面差异有统计学意义 ( 表 2 )。

表2 UIV 骨折分组的患者基本情况比较结果Tab.2 Comparison of basic conditions between groups with or without UIV fracture

UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 LMA 比较结果显示，除 F 组凸侧 U-LMA 的 Goutallier 分级明显高于 NF 组之外 (= 0.036 )，其它部位 LMA 的Goutallier 分级之间差异均无统计学意义 ( 表 3 )。

表3 UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 LMA 比较结果Tab.3 Comparison of preoperative LMA of periapical structures between groups with or without UIV fracture

UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 FJOA 比较结果显示，F 组的凸侧 L-FJOA 的 Pathria 分级明显高于 NF 组 (= 0.020 )。其它部位 FJOA 的 Pathria分级之间差异无统计学意义 ( 表 4 )。

表4 UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 FJOA 比较结果Tab.4 Comparison of preoperative FJOA of the perivertebral structures between groups with or without UIV fracture

三、顶椎周围结构退变程度与影像学参数的多因素线性回归分析结果

顶椎周围结构退变程度与末次随访 CA 的多因素线性回归结果显示：凹侧 U-LMA、凸侧 U-LMA、凸侧 L-LMA、凹侧 U-FJOA、凹侧 L-FJOA 为 CA 的保护性因素；凹侧 L-LMA 为 CA 的危险因素 ( 表 5 )。

表5 顶椎周围结构退变程度与末次随访 CA 的多因素线性回归结果Tab.5 Multivariate linear regression of the severity of periapical structure degeneration and CA at the last follow-up

顶椎周围结构退变程度与末次随访 CVA 的多因素线性回归结果显示：凹侧 U-LMA、凹侧 U-FJOA为 CVA 的危险因素；凸侧 L-FJOA 为 CVA 的保护性因素 ( 表 6 )。

表6 顶椎周围结构退变程度与末次随访 CVA 的多因素线性回归结果Tab.6 Multivariate linear regression of the severity of periapical structure degeneration and the CVA at the last follow-up

顶椎周围结构退变程度与末次随访 SVA 的多因素线性回归结果显示，凸侧 U-LMA 为末次随访 SVA的危险因素 ( 表 7 )。

表7 顶椎周围结构退变程度与末次随访 SVA 的多因素线性回归结果Tab.7 Multivariate linear regression of the severity of periapical structure degeneration and SVA at the last follow-up

讨 论

当 ADS 的侧凸严重程度较大，椎体半脱位严重时，需要进行脊柱畸形的矫正。脊柱侧凸的矫正、腰椎前凸的恢复和矢状位失平衡的缓解是背痛改善和腰椎融合成功的关键。经后路内固定植入术可以矫正脊柱侧凸。然而，要恢复腰椎前凸到正常范围是较为困难的，需要椎体前方组织松解联合前柱支撑从而完成脊柱畸形的矫形。矢状位失平衡的恢复是通过前柱支撑或其它技术如椎体截骨术来实现的。本研究表明 ADS 患者采用后路长节段内固定植入术能够有效矫正脊柱畸形。

ADS 患者的术前评估主要依赖脊柱侧凸的分型系统。脊柱侧凸研究会 ( scoliosis research society，SRS ) 在 2006 年推出了 AS 的分类系统。该系统侧重于脊柱畸形的影像学特征，不仅包括脊柱侧凸，还包括脊柱后凸，从而能够对脊柱畸形进行全面分型。然而，由于没有考虑患者的症状和年龄，这种方法不能帮助选择手术方法或预测手术疗效。该系统也没有对 ADS 进行详细分型。SRS-Schwab 分型侧重于影像学表现与临床评价之间的关系，根据影像学表现对脊柱侧凸顶点、腰椎前凸大小和椎体半脱位程度进行分类。然而，此类分型没有将脊柱侧凸累及节段的椎体周围结构退变严重程度与 ADS 的严重程度的关系进行评估。Sun 等指出国内 ADS患者的 PI-LL 理想矫形范围为 10°～20°。本研究中ADS 患者术后 1 周 PI-LL 能够实现理想矫形，然而末次随访时 PI-LL 超出此理想矫形范围，其可能原因为 ADS 患者矫形效果的维持受多种因素的影响，依靠 SRS-Schwab 分型指定矫形策略有较高的矫正度丢失风险。

因此，Sun 等提出了 ADS 患者顶椎周围结构退变对脊柱畸形严重程度的“平行四边形效应”( 图 4、5 )。Sun 等指出在 ADS 患者中，LL 和 PT均为 CA 进展的保护性因素；高 LL 是矢状面失衡的危险因素。高 SS 是矢状面失衡的保护性因素。凹侧LMA 较凸侧 LMA 严重；在凸侧，U-LMA 和 L-LMA的病因存在差异。非对称性 LMA 可能与 CA 呈正相关，CA 通过非对称性效应影响冠状平衡。LMA 通过平行四边形效应对维持矢状面平衡状态具有重要作用。FJOA 对 ADS 患者的影响类似于 LMA。

图4 ASD 患者顶椎复合体结构的不对称效应Fig.4 Asymmetrical effects of parietal vertebral complex structure in ASD patients

图5 ASD 患者顶椎复合体结构的对角线效应Fig.5 Diagonal effects of apical vertebral complex structure in ASD patients

UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 LMA 比较结果显示，除 F 组凸侧 U-LMA 的 Goutallier 分级明显高于 NF 组之外，其它部位 LMA 的 Goutallier 分级之间均无明显统计学差异。其可能原因为 U-LMA与 L-LMA 的发病机制不同；U-LMA 可能由 MF 失用引起，而 L-LMA 可能由 MF 去神经支配引起；除此之外，既往研究指出 U-LMA 可能会导致 ADS，而 L-LMA 可能为 ADS 所产生的后果。由此可见，凸侧 U-LMA 的 Goutallier 分级明显增高的患者往往表明其矢状位畸形以及症状的严重程度较高，往往需要更大程度的矫形才能取得较好的疗效，从而增加了 UIV 的发生风险。UIV 骨折分组的顶椎周围结构的术前 FJOA 比较结果显示，F 组的凸侧 L-FJOA的 Pathria 分级明显高于 NF 组。其它部位 FJOA 的Pathria 分级之间无明显统计学差异。这是因为骨关节炎较严重的关节突关节角度更加偏向于矢状面；FJOA 发展过程中关节突关节的重建会导致关节突关节面的方向的改变。既往研究结果显示 FJOA 的变化与 LMA 的进展相比有一定的滞后性，这表明 FJOA可能是一种代偿性的变化。因此本研究中 FJOA 与UIV 之间的关系可能是通过 LMA 发挥作用。虽然ADS 椎体旋转的确切机制尚未明确，但可以推测关节突关节的不对称退变可能起到重要作用。关节突关节角度不对称，关节突关节位置异常，椎旁肌退变，脊柱整体的载荷和应力分布改变，都可能是脊柱退变以及脊柱失稳的潜在原因。

本研究中的影像学分析结果发现，“平行四边形效应”对末次随访的 CA，CVA 以及 SVA 的预测作用较好。术后 CVA 与 SVA 受患者的身体状态、脊柱的代偿状态、内固定系统的矫形效果、内固定节段与邻近节段等多种因素的影响。CA 主要反映了局部脊柱畸形情况，受脊柱局部结构特点影响较大，因此“平行四边形效应”对末次随访的 CA 仍有预测作用。凹侧 L-LMA 为末次随访 CA 的危险因素的主要原因为 L-LMA 由 MF 去神经支配引起，凹侧 L-LMA 严重程度升高往往代表了顶椎周围结构的去神经支配现象严重，术后恢复不佳，内固定系统在维持矫形效果方面的负担增加，从而引起随访过程中 CA 矫正度的丢失。FJOA 发展过程中关节突关节的重建会导致关节突关节面方向的改变。而关节突关节面方向的改变对于内固定系统的整体有效性以及神经松解情况有较大影响。对于顶椎周围结构中凹侧 FJOA 较为严重的 ADS 患者术后应当密切观察患者的运动功能恢复情况。根据本研究，手术之中对于 U-LMA 应当通过调整手术入路方式而加以保护，从而预防术后矢状位和冠状位失平衡的进展；对于有明显冠状位失平衡的患者，应当对凹侧 U-FJOA 进行手术积极处理，而对于凸侧L-FJOA 可以采用较为保守的治疗方法。

本研究尚有不足。首先，椎体旋转主要影响冠状位平衡，对矢状位平衡的影响尚缺乏强有力的数据加以支持，因此结论不一定适用于所有的 ADS 患者。再次，本研究中讨论的项目较多，混杂因素会对研究过程产生干扰，从而影响结果的准确性。此外，本研究纳入的患者数量较少，仍然需要扩大样本量进行进一步的分析研究。

综上所述，“平行四边形效应”对末次随访的CA，CVA 以及 SVA 的预测作用较好。凸侧 U-LMA或 FJOA 的 Goutallier 分级明显增加，可能表明患者UIF 的发生风险较高。本研究进一步验证了“平行四边形效应”在预测临床预后中的有效性。